AT6113U1 - Einrichtung zur kompensation von längenänderungen entlang von rohrleitungssystemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Längenänderungen entlang von Rohrleitungssystemen, mit folgenden Merkmalen:- einer ersten Muffe (10) zum Anschluss an ein erstes Rohrleitungsstück (RS1),- einer zweiten Muffe (30) zum Anschluss an ein zweites Rohrleitungsstück (RS2),- einem die Muffen (10, 30) verbindenden, unter Zugspannung stehenden Rohrstück (20),- einer Hülse (50), die das Rohrstück (20) unter Ausbildung eines Ringkanals mit Abstand umgreift und endseitig an den Muffen (10, 30) abstützbar ist,- mindestens einem Druckfederelement (40), das im Ringkanal verläuft, und sich endseitig an den Muffen (10, 30) abstützt,wobei- das Rohrstück (20) eine höhere Vorspannung als das Druckfederelement (40) aufweist.

Description

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  Rohrleitungssysteme bestehen aus einer Vielzahl von   Rohrleitungsstücken,   die endseitig miteinander verbunden werden. Die   Rohrleitungen   werden beispielsweise in oder an Gebäuden oder im Bereich von Brücken   verleg.   



  Temperaturwechsel führen zu einer Erwärmung oder Abkühlung der Rohrleitungsstücke und damit zu einer Längenänderung der einzelnen Rohrleitungsstücke. Die Folge sind thermisch bedingte Spannungen in und zwischen den   Rohrleitungsstücken,   bis hin zu Durchbiegungen einzelner   Rohrleitungsabschnitte.   Im Extremfall kann ein Rohrleitungsstück oder eine Rohrleitungsverbindung auch zerstört werden. 

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  In der Praxis sind Vorschläge gemacht worden, derartige Längenänderungen durch "Steckmuffen" oder   "Biegeschenkel"   aufzunehmen. Die Ergebnisse waren jedoch nicht befriedigend. 



  Bei geschweissten Abwasserleitungen scheidet die Verwendung von Dehnungsbögen aus. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kompensation von Längenänderungen entlang   von   Rohrleitungssystemen anzubieten, die konstruktiv einfach gestaltet ist, sich leicht einbauen oder nachrüsten lässt und ein hohes Mass an Sicherheit gewährleistet. 



  Ausgehend von der Grundüberlegung, die Einrichtung so auszubilden, dass sie nach einem Einbau in ein   Rohrleitungssystem   (d. h. Anschluss an benachbarte Rohrleitungs- stücke) auf benachbarte Rohrleitungsstücke eine Zugspannung ausüben soll besteht ein wesentlicher Erfindungsgedanke darin, die Einrichtung so auszuführen, dass sie in einer ersten Funktionsposition zwischen benachbarte   Rohrleitungsstücke   eingebaut werden kann, ohne ihre Längserstreckung zu verändern, und anschliessend in eine zweite   Funktionsposition   gebracht wird, die faktisch einem   "Sollzustand"   der   Einrichtung   innerhalb des   Rohrleitungssystems   entspricht.

   Der   "Sollzustand"   beschreibt dabei den Zustand, insbesondere den Temperaturbereich, für den das Rohrleitungssystem prinzipiell   ausgelegt   ist. 



  Mit anderen Worten: Die Einrichtung ist so gestalten, dass sie eine stationäre erste Funktionsposition und eine dynamische zweite Funktionsposition einnehmen kann. 

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  In der statischen ersten Funktionsposition befinden sich die einzelnen Teile der Einrichtung in definierter Zuordnung. Um die dynamische Funktionsposition zu erreichen können sich einzelne Teile der Einrichtung relativ zueinander bewegen, um Temperaturänderungen und damit Längenänderungen des Rohrleitungssystems folgen zu können. 



  In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Kompensation von Längenänderungen entlang von Rohrleitungssystemen, mit folgenden Merkmalen: - einer ersten Muffe zum Anschluss an ein erstes 
Rohrleitungsstück, - einer zweiten Muffe zum Anschluss an ein zweites 
Rohrleitungsstück, - einem die Muffen verbindenden, unter Zugspannung stehenden 
Rohrstück, - einer Hülse, die das Rohrstück unter Ausbildung eines 
Ringkanals mit Abstand umgreift und endseitig an den Muffen abstützbar ist, - einem Druckfederelement, das im Ringkanal verläuft und sich endseitig an den Muffen abstützt (unmittelbar oder mittelbar), wobei - das Rohrstück eine höhere Vorspannung als das 
Druckfederelement aufweist. 



  Der Begriff "Muffe" steht stellvertretend für alle Arten von Anschlussteilen, wie Rohrstücke, Flansche etc. 

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  Auch der Begriff   &num;Hülse"   steht lediglich stellvertretend für jede Art eines entsprechenden Stützelements, das d-e nachstehend beschriebene Funktion der Hülse erfüllt und nach dem Einbau entsichert werden kann. Grundsätzlich ist ein Element notwendig, um den Abstand zwischen den Muffen   (Anschlussteilen)   sicherzustellen. Anstelle der Hülse könnten also zum Beispiel mehrere Stifte   angeordnet   werden, zum Beispiel auf der (gedachten) Umfangsfläche eines Zylinders verteilt. 



  Ist die Hülse nach einer Ausführungsform   mit ihrer-,   ersten Ende an der korrespondierenden Muffe der Einrichtung festgelegt, so kann sich das Druckfederelement mit einem ersten Ende an der Hülse abstützen. 



  Zum besseren Verständnis erscheint es zweckmässig, die Erfindung an hand eines Ausführungsbeispieles zu erläutern. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine von zahlreichen konstruktiven Lösungsmöglichkeiten des skizzierten allgemeinen Erfindungsgedanken dar und ist insoweit nicht beschränkend. 



  Die in der Figur schematisch im   Schnitt   dargestellte Einrichtung umfasst eine erste Muffe 10, die im wesentlichen zylinderförmig   ges taltet   ist, und zwar mit einem zylinderförmigen Mantel 12, der an einem Ende   (in   der Figur links) nach innen verbreitert ist, unter Ausbildung einer Wand 14, die mittig eine Öffnung aufweist, die konzentrisch zur Längsachse L der Einrichtung verläuft und einen Durchmesser d2 aufweist. Der Innendurchmesser des zylinderförmigen Mantels 12 ist mit dl angegeben. 



  Der Mantel 12 weist umfangsseitig eine im   Schnitt   dreieckförmige Verbreiterung (Auflaufschräge) 16   mit   einem Hinterschnitt 18 auf der der Wand 14 zugewandten Seite auf. 

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  An die Wand 14 schliesst sich ein Rohrstück 20 aus einem thermoplastischen Elastomer an, dessen Innendurchmesser etwa d2 entspricht und dessen Aussendurchmesser ungefähr gleich dl ist. 



  Am gegenüberliegenden Ende ist das Rohrstück 20 mit einer zweiten Muffe 30 verbunden. Die Konstruktion der Muffe 30 entspricht im wesentlichen der der Muffe 10. Dies gilt insbesondere für den Zylindermantel 32 mit dem Innendurchmesser dl und eine Wand 34 mit einer Öffnung des Durchmessers d2, wobei die Anordnung der Muffe 30 spiegelbildlich zur Muffe 10 ist. 



  Die Figur lässt erkennen, dass die Muffe 30 keine Auflaufschräge besitzt, die Wand 34 jedoch umfangsseitig (radial) über den Mantel 32 vorsteht, wobei der Aussendurchmesser der Wand 34 mit d3 angegeben ist. 



  Die Muffen 10,30 mit dem dazwischen angeordneten Rohrstück 20 bilden eine bauliche Einheit, auch wenn die Muffen 10,30 aus Metall und das Rohrstück 20 aus einem Elastomer gebildet sind. 



  Zur weiteren Konfektionierung der Einrichtung wird diese beispielsweise mit der Muffe 30 eingespannt. Danach wird die erste Muffe 10 mit Hilfe eines Spreizwerkzeuges, das von innen sich gegen den zylinderischen Mantel 12 verkrallt, von der Muffe 30 weggezogen (Pfeilrichtung Z), so dass das Rohrstück 20 unter Zugspannung gerät. 



  Anschliessend werden hintereinander angeordnete Tellerfedern 40 und eine Kunststoffhülse 50 über die erste Muffe 10 in Richtung auf die zweite Muffe 30 aufgeschoben (aufgesteckt), und zwar unter paralleler Vorspannung der Tellerfedern 40, bis die Hülse 50 mit ihrer endseitigen Stirnfläche 52 gegen ein Stützelement 36 stösst, welches fest mit der Umfangsfläche der Wand 34 verbunden ist, wobei der der Stirnfläche 52 benachbarte innere Abschnitt 54 der Hülse 50 auf einem verbleibenden Abschnitt der Umfangsfläche der Wand 34 aufliegt. 

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  Gegen Ende des Weges, entlang dem die Hülse 50 aufgeschoben wird, wird sie über die Auflaufschräge 16 der Muffe 10 geführt und weitet sich entsprechend ein geringes Stück auf, bis sie das Ende der Aufschräge 16 erreicht hat und im Bereich des Hinterschnitts 18 auf die Zylinderfläche des Mantels 12 beziehungsweise der Wand 14 zurückfedert. 



  In dieser Position, die in der Figur dargestellt ist, ist die Hülse 50 ortsfest zwischen Stützelement 36 und Auflaufschräge 16 eingespannt. Die Druckfederelemente 40 befinden sich im Ringraum 45 zwischen Rohrstück 20 und Hülse 50 und stehen unter Druckspannung. Bei der Verwendung von Tellerfedern kann ein vollständiges Vorspannen vorteilhaft sein. Das Rohrstück 20 steht unter Zugspannung. 



  Von diesen vorgespannten Elementen hat das Rohrstück 20 die höhere Vorspannung. Die Tellerfedern 40sind über einen oberen Scheitelpunkt ihrer Federkennlinie vorgespannt und befinden sich im Bereich eines degressiven Kraftverlaufs ihrer Federcharakteristik. Das heisst, mit zunehmendem Federweg nimmt die Kraft ab. Sie verbleibt unterhalb der Federkennlinie des Rohrstücks 20. Aufgrund dieser Federkombination kommt es zu einem annähernd konstanten Kraftverlauf über den aufzunehmenden Weg, wie dem nachgeschalteten Diagramm zu entnehmen ist. Darin sind der Kraft-Weg-Verlauf jedes einzelnen Federelements (20,40) und ihrer Kombination (gewellte Linie bei etwa 200N +/- 25N) dargestellt. 



  Die Hülse 50 verhindert beim Einbau der Einrichtung ein vorzeitiges Zusammenziehen des Rohrstücks 20 (beziehungsweise der Muffen 10,30) und ermöglicht einen spannungsfreien Einbau in ein Rohrleitungssystem, in dem entsprechende erste und zweite Rohrleitungsstücke RS 1, RS 2 mit den Muffen 10,30 verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch Verschweissen erfolgen. 

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  Erst danach wird die Einrichtung in "entsichert". 



  Dies geschieht durch ein Hilfsmittel, nämlich einen Ring 38, der an dem Stützelement 36 befestigt ist, welches selbst über eine (nicht dargestellte) Sollbruchstelle mit der Wand 34 verbunden ist. 



  Durch mechanische Betägigung des Rings 38 wird das Stützelement 36 abgerissen, so dass die Widerlagerfunktion des Stützelementes 36 für die Hülse 50 entfällt und diese (in der Figur nach links) über die Wand 34 hinweggleiten kann. 



  Die Länge des Verschiebeweges der Hülse 50 hängt vom Grad der Vorspannung des Rohrstücks 20 und der Tellerfedern 40 sowie deren Abstimmung aufeinander ab. 



  Im Ergebnis soll im erwähnten "Sollzustand" eine Konfiguration erreicht werden, bei der das Rohrstück 20 über alle zu erwartenden aufzunehmenden Längenänderungen unter annähernd gleicher Vorspannung (Zugspannung) verbleibt. 



  Ohne Weiteres ist erkennbar, dass sich die Einrichtung in vielfacher Weise konstruktiv abwandeln lässt, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. 



  Dies betrifft zum einen die Werkstoffauswahl der einzelnen Bauteile. 



    Mindestens eines der Bauteile : Hülse, Muffen kann   aus Kunststoff bestehen. Insbesondere die Federn, Muffen und/oder Hülsen können aber auch aus Metall bestehen. 



  Gleiches gilt für das Stützelement 36 beziehungsweise den Ring 38. 



  Das Rohrstück 20 kann zusätzlich gesichert werden, um zum Beispiel eine radiale Aufweitung bei grossem Rohr-Innendruck zu 

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 vermeiden. Dazu kann die Wand des Rohstücks entsprechend armiert sein. Ebenso sind mechanische Stützelemente denkbar, zum Beispiel in Form von Scheiben, die auf dem Rohr aufsitzen und zwischen   den   Tellerfedern liegen, oder äussere   S@ü@zhülsen.   



  Das Zugfederelement 20 kann von einem thermoplastischen Elastomer gebildet werden. Von Vorteil ist eine reversible Verformbarkeit und hohe Zugbelastbarkeit. 



  Anstelle der Tellerfedern 40 können andere Druckfedersysteme Verwendung finden, beispielsweise stauchbare Hülsen, die zwischen den beabstandeten Muffen 10, 30 eingespannt werden. 



  In diesem Zusammenhang kann die Hülse 50 auch auf andere Weise an der ersten Muffe 10 befestigt werden als in der Figur dargestellt. Ebenso lässt sich der Verschiebeweg der Hülse 50 auf dem Zylindermantel den lokalen Verhältnissen anpassen, um eine sichere Führung der Hülse zu ermöglichen, sobald das Stützelement 36 abgenommen wurde. 



  Anstelle des Stützelementes 36, welches mi einer Sollbruchstelle auf der Wand 34 befestigt ist, können auch abnehmbare Sperrstifte oder dergleichen vorgesehen werden, die die gleiche Funktion (eines temporären Stützelementes) erfüllen. 



  Dementsprechend müssen Muffe und Stützelement   nicht   zwangsläufig materialschlüssig verbunden sein,   wenngleich   dies eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform darstellt. 



  Je nach Ausbildung des Stützelementes kann das separate Abreisselement, welches beim Ausführungsbeispiel vom Ring 38 gebildet wird, auch entfallen. 



  Die erfindungsgemässe Einrichtung führt zu einer deutlichen Verringerung der Baulänge verglichen mit herkömmlichen Kompensations-Einrichtungen. 

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    Druckkräfte   in axialer Richtung der   Rohrleitung   werden vermieden. 



  Eine Durchbiegung von Rohrleitungsstücken (Rohrleitungsabschnitten, Rohrleitungssegmenten) kann faktisch verhindert werden, da das System im Vergleich zu herkömmlichen Dehnungselementen unter leichter Vorspannung steht. 



  In Vorversuchen wurde eine Zugkraft von 200 N im eingebauten, entsicherten Zustand eingestellt, wobei der "entsicherte Zustand" den Zustand des   Rchrleitungssystems   betrifft, bei dem die Einrichtung eingebaut und das   Stützelement   36 entfernt wurde. 



  Die genannte Zugkraft kann in jedem Fall anwendungsspezifisch ermittelt werden.

Claims (14)

1. A n s p r ü c h e 1. Einrichtung zur Kompensation von Längenänderungen entlang von Rohrleitungssystemen, mit folgenden Merkmalen: 1.1einer ersten Muffe (10) zum Anschluss an ein erstes Rohrleitungsstück (RS1), 1.
2. 2 einer zweiten Muffe (30) zum Anschluss an ein zweites Rohrleitungsstück (RS2), 1.3 einem die Muffen (10,30) verbindenden, unter Zugspannung stehenden Rohrstück (20), 1. 4 einer Hülse (50), die das Rohrstück (20) unter Ausbildung eines Ringkanals mit Abstand umgreift und endseitig an den Muffen (10, 30) abstützbar ist, 1.5mindestens einem Druckfederelement (40), das im Ringkanal verläuft, und sich endseitig an den Muffen (10,30) abstützt, wobei 1.6 das Rohrstück (20) eine höhere Vorspannung als das Druckfederelement (40) aufweist 2.

   Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Hülse (50) mit einem ersten Ende an der korrespondierenden Muffe (10) der Einrichtung festgelegt ist und mit einem zweiten Ende an einem Stützelement (36), das einen lösbaren Bestandteil der anderen Muffe (30) bildet. <Desc/Clms Page number 11>
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Hülse (50) über die erste Muffe (10) aufdas Rohrstück (20) aufsteckbar und in ihrer Anschlagposition gegen die zweite Muffe (30) an der ersten Muffe (10) festlegbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der die erste Muffe (10) eine in Steckrichtung sich vergrössernde, im Schnitt dreieckige umlaufende Auflaufschräge (16) aufweist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der das Stützelement (36) umfangsseitig an die Muffe (30) anschliesst und zwischen Stützelement (36) und Muffe (30) eine Sollbruchstelle verläuft.
6. 6 Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Druckfederelement (40) über einen oberen Scheitelpunkt seinerFederkennlinie vorgespannt ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Druckfederelement (40) aus hintereinander angeordneten Tellfedern besteht.
8. 8 Einrichtung nach Anspruch 1, bei der mindestens eines der folgenden Teile aus Kunststoff besteht: Rohrstück (20), Hülse (50), Druckfederelement (40), Muffen (10,30).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der mindestens eines der folgenden Teile aus Metall besteht- Rohrstück (20), Hülse (50), Druckfederelement (40), Muffen (10,30)
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Rohrstück (20) aus einem thermoplastischen Elastomer besteht.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der Muffe (30) und Stützelement (36) materialschlüssig verbunden sind.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Stützelement (36) mit einem Abreisselement (38) verbunden ist. <Desc/Clms Page number 12>
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Rohrstück (20) gegen Aufweitung in radialer Richtung gesichert ist.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, bei der das Rohrstück (20) armiert ist